Los investigadores de Stanford han desarrollado la primera batería de iones de litio que se apaga antes de sobrecalentarse y luego se reinicia inmediatamente cuando la temperatura se enfría.
La nueva tecnología podría prevenir el tipo de incendios que han provocado retiros y prohibiciones en una amplia gama de dispositivos alimentados por baterías, desde sillones reclinables y computadoras hasta sistemas de navegación y hoverboards.
"La gente ha intentado diferentes estrategias para resolver el problema de los incendios accidentales en las baterías de iones de litio", dijo Zhenan Bao, profesor de ingeniería química en Stanford. "Hemos diseñado la primera batería que se puede apagar y revivir de nuevo".ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento sin comprometer el rendimiento "
Bao y sus colegas describen la nueva batería en un estudio publicado en la edición del 11 de enero de 2016 de la nueva revista Energía natural .
Una batería de iones de litio típica consta de dos electrodos y un electrolito líquido o de gel que transporta partículas cargadas entre ellos. Perforar, poner en cortocircuito o sobrecargar la batería genera calor. Si la temperatura alcanza unos 300 grados Fahrenheit 150 grados Celsius, elel electrolito podría incendiarse y provocar una explosión.
Se han utilizado varias técnicas para prevenir incendios de la batería, como agregar retardantes de llama al electrolito. En 2014, el ingeniero de Stanford, Yi Cui, creó una batería 'inteligente' que proporciona una advertencia amplia antes de que se caliente demasiado.
"Desafortunadamente, estas técnicas son irreversibles, por lo que la batería ya no funciona después de que se sobrecalienta", dijo el coautor del estudio Cui, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales y de ciencia de fotones. "Claramente, a pesar de los muchosLos esfuerzos realizados hasta ahora, la seguridad de la batería sigue siendo una preocupación importante y requiere un nuevo enfoque ".
Nanospikes
Para abordar el problema, Cui, Bao y el erudito posdoctoral Zheng Chen recurrieron a la nanotecnología. Bao recientemente inventó un sensor portátil para controlar la temperatura del cuerpo humano. El sensor está hecho de un material plástico incrustado con pequeñas partículas de níquel con puntas a nanoescala que sobresalen de susuperficie.
Para el experimento de la batería, los investigadores recubrieron las partículas puntiagudas de níquel con grafeno, una capa de carbono con un espesor de átomo, e incrustaron las partículas en una película delgada de polietileno elástico.
"Adjuntamos la película de polietileno a uno de los electrodos de la batería para que una corriente eléctrica pueda fluir a través de él", dijo Chen, autor principal del estudio. "Para conducir la electricidad, las partículas puntiagudas deben tocarse físicamente entre sí. Perodurante la expansión térmica, el polietileno se estira. Eso hace que las partículas se separen, haciendo que la película no sea conductora, de modo que la electricidad ya no pueda fluir a través de la batería ".
Cuando los investigadores calentaron la batería por encima de 160 F 70 C, la película de polietileno se expandió rápidamente como un globo, haciendo que las partículas puntiagudas se separen y la batería se apague. Pero cuando la temperatura volvió a bajar a 160 F 70C, el polietileno se encogió, las partículas volvieron a entrar en contacto y la batería comenzó a generar electricidad nuevamente.
"Incluso podemos ajustar la temperatura más alta o más baja dependiendo de cuántas partículas agreguemos o qué tipo de materiales poliméricos elijamos", dijo Bao, quien también es profesor, por cortesía, de química y de ciencia e ingeniería de materiales"Por ejemplo, podríamos querer que la batería se apague a 50 C o 100 C."
estrategia reversible
Para probar la estabilidad del nuevo material, los investigadores aplicaron calor repetidamente a la batería con una pistola de aire caliente. Cada vez, la batería se apaga cuando se calienta demasiado y vuelve rápidamente a funcionar cuando la temperatura se enfría.
"En comparación con los enfoques anteriores, nuestro diseño proporciona una estrategia confiable, rápida y reversible que puede lograr un alto rendimiento de la batería y una mayor seguridad", dijo Cui. "Esta estrategia es muy prometedora para aplicaciones prácticas de la batería".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Mark Shwartz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :